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1、 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：西七二区234 实验报告 课程名称：反应器设计原理实验 指导老师： 黄灵仙 成绩：__________________ 实验名称： 用瞬间快速反应测定气膜和液膜传质系数 实验类型：工程实验 一 实验目的 1. 测定氢氧化钠溶液吸收CO2的气液相反应的总传质系数KGa及气膜和液膜传质系数kGa,kLa。 2. 了解传质和反应对吸收过程控制步骤的影响，并加深对气液相反应过程的认识。 二 实验原理 气液相反应过程是气
2、相反应物进入到液相中进行的反应过程，整个过程是反应和传质相结合的复杂过程，研究气液相反应首先必须了解两相间的传质问题。 本实验选用NaOH溶液吸收CO2的瞬间快反应体系，就是要通过简单的实验及理论分析获得有关传质问题的必要信息。 在分批式的搅拌鼓泡釜中，该物系进行反应吸收时，化学计量式为： CO2＋2NaOH--àNa2CO3＋H2O （A） （B） （C） （D） yG yL yR 0 z 反应面 相界面 液相本体 气相本体 CB PA PAi CAi B A 在一定浓度范围内，此反应过程可以近似为
3、瞬间快速反应，气液界面附近的浓度分布如图1所示，由于A与B一旦接触就立即完成上述反应，使得液侧任一处上A与B都不能同时存在。于是在离界面某一深度YR处形成一个反应面R；若CB增加，B的扩散推动力加大，扩散速度也增大，结果使YR减少，当CB增加到某一临界浓度CBC时，反应面将和相界面重合，扩散到界面的A瞬间反应掉了，此时CAi＝PAi＝0，反应吸收过程为气膜传质控制，注意，反应的进行将不影响气相传质系数。为什么？随着吸收过程的进行NaOH（B）最后完全耗尽，此时成为对CO2的纯物理吸收过程。 图1 瞬间反应气液相界面附近的浓度分布 根据双膜理论可以写出传质方程： 气相：
4、 (1) 液相： (2) 以气相分压为推动力的总传质方程： (3) 式中 PAi=HACAi； PA*=HACA 因此有 (4) 当过程为瞬时反应吸收时，反应面上CA=PA*=0，kLa随NaOH的浓度而变化，当CB>=CBC时，为气膜传质控制，即有
5、 (5) 当CB-à0时，成为纯物理吸收过程，则有 (6) 现对CO2作物料衡算，得到： （7） 式中；VL——釜内液体体积 VG——通入气体的流量，假定为常数 设釜内气液为全混，则CO2分压PA=PA出，CO2的吸收速率可以通过进出口CO2的含量改变来求得，也可以由NaOH的浓度变化求得，本实验采用后一种方法，用电导法测得NaOH溶液的电导随时间的变化，由下式可以求得转化率X～时间t的曲线。
6、 (8) 式中：L0: 起始电导 L∞: 终止时的电导 L：t时刻的电导 由NaOH浓度随时间的变化率求得： 由（3）式可求得某一时刻的KG a，（PA*®0），然后作KG a～CB的关系图，如图2所示意。 CBC CB 0 (KG a)2 (KG a)1 KG a 图2 KG a随CB的变化 根据上述分析，有图2可求得 kG a=(KG a)1
7、 即得kG a和 kLa值，考虑溶液中电解质的影响，CO2在溶液中的亨利常数取 HA=32.25atm*l/gmol 三 实验流程和实验步骤 1. 实验流程： 1— CO2钢瓶 2—转子流量计 3—压缩机 4—气体混合器 5—搅拌鼓泡釜 6—电导率仪 7—记录仪 8—搅拌马达 9—马达调速器 10—差压计 2. 实验步骤： （1） 投放2L浓度0.1N的NaOH溶液入搅拌釜内，开动马达，待混合均匀后，即可开启电导率仪和记录仪，记下初始电导值L0。 （2） 调节流量计，开始通气（先调好空气流量，再开CO2钢瓶，缓
8、慢打开CO2流量计）。 （3） 待记录仪上指示浓度（电导率）不下降时，可以停止实验。 （4） 关闭电导仪和记录仪，切断电源，然后放掉液体，用水清洗搅拌釜。 （5） 整理实验数据。 四 实验数据记录及结果 1. 原始数据 P大气压= 761.88 mmHg T室= 25.0 ℃ Lo (mm) L∞ (mm) P (mmHg) 气体流量 NaOH溶液 备注 Vair (l/min) VCO2 (l/min) V (l) CBO (mol×l-1) 0.6142 0.2996 1249.56 7.0 1.67 2 0.
9、04 2. 数据处理 计算思路： ①用公式求出X， 用ORIGIN作X-Θ图： ②利用ORIGIN的数学工具微分得ΔX/Δθ： ③用公式求出NAa； ④用公式求出PA； ⑤用公式CB=(1-X)CB0求出CB； ⑥用公式求出KGa。 现将结果列表如下： Θ(s) X ΔX/Δθ NAa(mol/l×min) PA(Pa) CB(mol/l) KGa(mol/l×min×atm) 183 1 0 0 32010 0 0 180 1 0.00113 0.001356 32005.97452 0 0.0042928
10、45 177 0.993197279 0.00113 0.001356 32005.97452 0.000272109 0.004292845 174 0.993197279 0.00113 0.001356 32005.97452 0.000272109 0.004292845 171 0.986394558 0.00113 0.001356 32005.97452 0.000544218 0.004292845 168 0.986394558 0 0 32010 0.000544218 0 165 0.986394558 0.0
11、0113 0.001356 32005.97452 0.000544218 0.004292845 162 0.979591837 0.00113 0.001356 32005.97452 0.000816327 0.004292845 159 0.979591837 0.00113 0.001356 32005.97452 0.000816327 0.004292845 156 0.972789116 0.00113 0.001356 32005.97452 0.001088435 0.004292845 153 0.972789116
12、 0.00113 0.001356 32005.97452 0.001088435 0.004292845 150 0.965986395 0.00227 0.002724 32001.91341 0.001360544 0.008624775 147 0.959183673 0.00113 0.001356 32005.97452 0.001632653 0.004292845 144 0.959183673 0.00113 0.001356 32005.97452 0.001632653 0.004292845 141 0.952380
13、952 0.00227 0.002724 32001.91341 0.001904762 0.008624775 138 0.945578231 0.00113 0.001356 32005.97452 0.002176871 0.004292845 135 0.945578231 0.00113 0.001356 32005.97452 0.002176871 0.004292845 132 0.93877551 0.00227 0.002724 32001.91341 0.00244898 0.008624775 129 0.9319
14、72789 0.00227 0.002724 32001.91341 0.002721088 0.008624775 126 0.925170068 0.00113 0.001356 32005.97452 0.002993197 0.004292845 123 0.925170068 0.00113 0.001356 32005.97452 0.002993197 0.004292845 120 0.918367347 0.00227 0.002724 32001.91341 0.003265306 0.008624775 117 0.
15、911564626 0.00227 0.002724 32001.91341 0.003537415 0.008624775 114 0.904761905 0.00113 0.001356 32005.97452 0.003809524 0.004292845 111 0.904761905 0 0 32010 0.003809524 0 108 0.904761905 0.00113 0.001356 32005.97452 0.003809524 0.004292845 105 0.897959184 0.00227 0.002
16、724 32001.91341 0.004081633 0.008624775 102 0.891156463 0.00227 0.002724 32001.91341 0.004353741 0.008624775 99 0.884353741 0.00113 0.001356 32005.97452 0.00462585 0.004292845 96 0.884353741 0.00113 0.001356 32005.97452 0.00462585 0.004292845 93 0.87755102 0.00227 0.00272
17、4 32001.91341 0.004897959 0.008624775 90 0.870748299 0.00227 0.002724 32001.91341 0.005170068 0.008624775 87 0.863945578 0.0034 0.00408 31997.88793 0.005442177 0.01291979 84 0.850340136 0.0034 0.00408 31997.88793 0.005986395 0.01291979 81 0.843537415 0.00567 0.006804 319
18、89.80134 0.006258503 0.021551097 78 0.816326531 0.00794 0.009528 31981.71474 0.007346939 0.030186768 75 0.795918367 0.00794 0.009528 31981.71474 0.008163265 0.030186768 72 0.768707483 0.00907 0.010884 31977.68926 0.009251701 0.03448721 69 0.741496599 0.0102 0.01224 31973.
19、66378 0.010340136 0.038788736 66 0.707482993 0.0102 0.01224 31973.66378 0.01170068 0.038788736 63 0.680272109 0.00794 0.009528 31981.71474 0.012789116 0.030186768 60 0.659863946 0.0102 0.01224 31973.66378 0.013605442 0.038788736 57 0.619047619 0.01247 0.014964 31965.57719
20、 0.015238095 0.047433128 54 0.585034014 0.0102 0.01224 31973.66378 0.016598639 0.038788736 51 0.557823129 0.01134 0.013608 31969.60267 0.017687075 0.043129426 48 0.517006803 0.0102 0.01224 31973.66378 0.019319728 0.038788736 45 0.496598639 0.0102 0.01224 31973.66378 0.02
21、0136054 0.038788736 42 0.455782313 0.01134 0.013608 31969.60267 0.021768707 0.043129426 39 0.428571429 0.01134 0.013608 31969.60267 0.022857143 0.043129426 36 0.387755102 0.0102 0.01224 31973.66378 0.024489796 0.038788736 33 0.367346939 0.0102 0.01224 31973.66378 0.025306
22、122 0.038788736 30 0.326530612 0.01247 0.014964 31965.57719 0.026938776 0.047433128 27 0.292517007 0.01134 0.013608 31969.60267 0.02829932 0.043129426 24 0.258503401 0.0102 0.01224 31973.66378 0.029659864 0.038788736 21 0.231292517 0.01134 0.013608 31969.60267 0.030748299
23、 0.043129426 18 0.19047619 0.01134 0.013608 31969.60267 0.032380952 0.043129426 15 0.163265306 0.01134 0.013608 31969.60267 0.033469388 0.043129426 12 0.12244898 0.01134 0.013608 31969.60267 0.035102041 0.043129426 9 0.095238095 0.0102 0.01224 31973.66378 0.036190476 0.0
24、38788736 6 0.06122449 0.01134 0.013608 31969.60267 0.03755102 0.043129426 3 0.027210884 0.0102 0.01224 31973.66378 0.038911565 0.038788736 0 0 0.00907 0.010884 31977.68926 0.04 0.03448721 五 计算与讨论 基于上表数据作图如下： 可以得到 再根据：，HA=32.25atm*l/gmol， 得： 六 思考题 1. 什么是瞬间气液反应的临
25、界浓度CBC？为什么在CB>=CBC时KG a=kG a？
答：当CB增加到某一临界浓度CBC时，反应面将和相界面重合，即扩散到界面的A瞬间会被反应掉。
当CB>=CBC时，相界面即成为反应面，反应吸收过程为气膜传质控制，即此时有KG a=kG a。
2. 当CB
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